柱梁接合構造、及び柱梁接合構造を有する建物
【課題】断面減少部の加工性を向上することを目的とする。
【解決手段】柱梁接合構造１３は、ブラケット１８のフランジプレート１８Ａと、梁部材１４のフランジプレート１４Ａとを接合する接合プレート２０、２１を備えている。これらの接合プレート２０、２１には、切欠き部２６、２８がそれぞれ形成されている。この切欠き部２６、２８によって、接合プレート２０、２１の他の部位よりも断面積が小さくされた断面減少部２０Ａ、２１Ａがそれぞれ設けられている。
【解決手段】柱梁接合構造１３は、ブラケット１８のフランジプレート１８Ａと、梁部材１４のフランジプレート１４Ａとを接合する接合プレート２０、２１を備えている。これらの接合プレート２０、２１には、切欠き部２６、２８がそれぞれ形成されている。この切欠き部２６、２８によって、接合プレート２０、２１の他の部位よりも断面積が小さくされた断面減少部２０Ａ、２１Ａがそれぞれ設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱梁接合構造、及び柱梁接合構造を有する建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
兵庫県南部地震等では、鉄骨造の柱と梁の柱梁接合部に破断を伴う損傷が多数発見されており、柱梁接合構造の更なる改善が求められていた。この改善策として、梁の曲げ耐力を部分的に小さくし、柱梁接合部から離れた位置で塑性ヒンジを発生させるＲＢＳ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｅｃｔｉｏｎ）工法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
特許文献１では、ボックスコラム（柱）とＨ型ビーム（梁）との柱梁接合構造において、Ｈ型ビームのフランジプレートに切欠きが形成されている。この切欠きは、ボックスコラムから離れた位置に形成されている。この切欠きによってＨ型ビームの曲げ耐力が小さくされており、柱梁接合部よりも先に、切欠きが形成された部位に塑性ヒンジ（塑性化）が発生するように構成されている。これにより、柱梁接合部の破断、損傷が抑制されている。
【０００４】
また、特許文献２では、Ｈ型鋼からなる梁のフランジプレートに切欠きが設けられている。この切欠きは柱から離れた位置に形成されている。また、切欠きには、フランジプレートと同じ板厚の低降伏点鋼からなる鋼板が嵌め込まれ、溶接接合されている。この低降伏点鋼からなる鋼板によって梁のフランジプレートが補強されている。
【０００５】
ここで、特許文献１、２では、梁のフランジプレートに切欠きを形成している。しかしながら、梁は一般的にスパンが長く、その取扱いが不便であるため、フランジプレートに切欠きを形成するのに手間を要する。また、切欠き形成時の摩擦熱によって、梁に寸法誤差が生じたり、鋼材の物性が変化して梁の強度に問題を生じたりする恐れがある。
【０００６】
一方、特許文献３では、柱に溶接されたブラケットと鉄骨梁部材とをスプライスプレートで接合している。このスプライスプレートは低降伏点鋼で形成されている。これにより、スプライスプレートの降伏荷重を相対的に小さくし、柱とブラケットと溶接部よりも先に、スプライスプレートに塑性ヒンジが発生するように構成されている。
【０００７】
しかしながら、スプライスプレートの降伏荷重は、低降伏点鋼の機械的性質に依存するため、その調整幅が小さく、設計の柔軟性に欠ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−４１１２号公報
【特許文献２】特開２００１−４９７４０号公報
【特許文献３】特開平１０−３１７４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の事実を考慮し、断面減少部の加工性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の柱梁接合構造は、柱から突出する鉄骨ブラケットと、前記鉄骨ブラケットに接合される鉄骨梁部材と、前記鉄骨ブラケットの第１フランジプレートと、前記鉄骨梁部材の第２フランジプレートとに重ねられる鋼製の接合プレートと、前記接合プレートに設けられ、該接合プレートの他の部位よりも断面積が小さくされた断面減少部と、前記第１フランジプレート及び前記第２フランジプレートに前記接合プレートを接合する接合手段と、を備えている。
【００１１】
上記の構成によれば、接合プレートを介して鉄骨ブラケットと鉄骨梁部材とを接合することにより梁が構成される。接合プレートは、鉄骨ブラケットの第１フランジプレートと、鉄骨梁部材の第２フランジプレートとに重ねられ、接合手段によって第１フランジプレート及び第２フランジプレートのそれぞれに接合される。また、接合プレートには、当該接合プレートの他の部位よりも断面積が小さい断面減少部が設けられており、この断面減少部によって、梁の曲げ耐力が部分的に小さくされている。
【００１２】
ここで、接合プレートに断面減少部を設け、梁の曲げ耐力を部分的に小さくしたことにより、地震時に柱と鉄骨ブラケットとの接合部よりも先に、接合プレートの断面減少部が位置する梁部位に塑性ヒンジを発生させることができる（以下、接合プレートの断面減少部が位置する梁部位であって、塑性ヒンジが生じる部位を塑性ヒンジ部と称す）。従って、柱と鉄骨ブラケットとの接合部には、塑性ヒンジ部の曲げ耐力以上の曲げモーメントが作用しない。よって、塑性ヒンジ部を設けない場合と比較して、柱と鉄骨ブラケットとの接合部に作用する曲げモーメントが低減され、当該接合部の破断、損傷等を抑制することができる。
【００１３】
また、接合プレートに断面減少部を設けたことにより、断面減少部の加工が容易となるため、製造コストを削減することができる。また、断面減少部に塑性変形を集中させることにより、地震時における梁の破損、損傷を接合プレートに集中させることができる。このため、破損、損傷した接合プレートを交換することにより、梁を補修することができる。
【００１４】
更に、接合プレートは、一般的なブラケットタイプの柱梁接合部に適用可能であるため、汎用性が高く、また、断面減少部の断面積を増減することにより、梁の塑性ヒンジ部の曲げ耐力を調整することができる。
【００１５】
請求項２に記載の柱梁接合構造は、請求項１に記載の柱梁接合構造において、前記接合手段が、前記接合プレートと前記第１フランジプレート又は前記第２フランジプレートとに貫通される複数の高力ボルトと、該高力ボルトに取り付けられるナットと、を備え、前記高力ボルト又は前記ナットと、前記接合プレートの間に弾性体が挟まれている。
【００１６】
上記の構成によれば、接合手段が、接合プレートと第１フランジプレート又は第２フランジプレートに貫通される複数の高力ボルトと、この高力ボルトに取り付けられるナットと、を備えており、これらの高力ボルト及びナットによって、接合プレートと第１フランジプレート又は第２フランジプレートが摩擦接合される。また、高力ボルト又はナットと、接合プレートの間には、弾性体が挟まれている。
【００１７】
ここで、接合プレートの断面減少部が塑性化すると、接合プレートの伸び変形によって断面減少部及びその周辺部の板厚が減少し、接合プレートと第１フランジプレート、第２フランジプレートとの間に隙間が生じる恐れがある。この隙間が生じると、接合プレートと第１フランジプレート又は第２フランジプレートとの間に作用する高力ボルトの導入軸力が減少する。従って、高力ボルト及びナットによる摩擦接合強度が低下し、曲げモーメントの伝達効率が低下してしまう。
【００１８】
この対策として本発明では、高力ボルト又はナットと接合プレートとの間に弾性体を設けている。これにより、断面減少部及びその周辺部の板厚が減少しても、弾性体の復元力によって接合プレートと第１フランジプレート、第２フランジプレートとの隙間が抑制される。従って、高力ボルトによる導入軸力の減少が抑制され、摩擦接合強度を確保することができ、曲げモーメントの伝達効率の低下を低減することができる。
【００１９】
また、塑性化による接合プレートの板厚の減少率は、断面減少部に近づくに従って大きくなる。従って、断面減少部に最も近い列の高力ボルト又はナットと接合プレートとの間に弾性体を設けることにより、接合プレートと第１フランジプレート、第２フランジプレートの隙間を効率良く抑制することができる。
【００２０】
請求項３に記載の柱梁接合構造は、請求項２に記載の柱梁接合構造において、前記弾性体が、皿バネである。
【００２１】
上記の構成によれば、弾性体が皿バネとされている。皿バネは、一般的なバネ座金等と比較して、小さいたわみ量で大きな復元力を得ることができる。従って、第１フランジプレート又は第２フランジプレートと接合プレートとの隙間をより確実に抑制することができ、高力ボルトによる導入軸力の減少を抑制することができる。よって、摩擦接合強度を維持することができ、曲げモーメントの伝達効率の低下をより確実に抑制することができる。
【００２２】
請求項４に記載の柱梁接合構造は、請求項１〜３の何れか１項に記載の柱梁接合構造において、前記断面減少部が、前記第１フランジプレートと前記第２フランジプレートとの間に設けられている。
【００２３】
上記の構成によれば、接合プレートに形成された断面減少部が、第１フランジプレートと第２フランジプレートとの間（隙間）に設けられている（位置している）。即ち、第１フランジプレートと第２フランジプレートとの間（隙間）に梁の塑性ヒンジ部が位置している。
【００２４】
ここで、梁に作用する曲げモーメントは、第１フランジプレートから接合手段を介し、軸力として接合プレートに伝達される。この場合、第１フランジプレートと接合プレートが重なる部位では、第１フランジプレート及び接合プレートが軸力を負担するが、第１フランジプレートと第２フランジプレートとの間では接合プレートのみが軸力を負担することになる。従って、第１フランジプレートと第２フランジプレートとの間に断面減少部を設けることにより、梁の曲げモーメントに起因する軸力の全てを断面減少部に作用させることができる。これにより、断面減少部に塑性化を集中させ、当該断面減少部が位置する梁の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジをより確実に発生させることができる。
【００２５】
請求項５に記載の建物は、請求項１〜４の何れか１項に記載の柱梁接合構造によって接合された前記鉄骨ブラケットと前記鉄骨梁部材とを有している。
【００２６】
上記の構成によれば、建物は、請求項１〜４の何れか１項に記載の柱梁接合構造によって接合された鉄骨ブラケットと鉄骨梁部材とを有している。従って、柱と鉄骨ブラケットとの接合部よりも先に、接合プレートの断面減少部が位置する梁の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジを発生させることができる。従って、柱と鉄骨ブラケットとの接合部の破損、損傷を抑制することができ、建物の長寿命化を図ることができる。
【００２７】
また、地震によって接合プレートが破損、損傷した場合は、接合プレートを交換することにより、梁を補修することができる。
【００２８】
更に、接合プレートに断面減少部を設けたことにより、第１フランジプレート又は第２フランジプレートに断面減少部を設ける場合と比較して、断面減少部の加工性が向上し、コスト削減を図ることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、上記の構成としたので、断面減少部の加工性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る柱梁接合構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る柱梁接合構造の要部拡大図であり、（Ａ）平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図３】（Ａ）は、図２（Ｂ）の１−１線断面図であり、（Ｂ）は図２（Ｂ）の２−２線断面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の実施形態に係る柱梁接合構造の概略側面図であり、（Ｂ）は、鉄骨梁の曲げモーメント図である。
【図５】本発明の実施形態に係る断面減少部の拡大側面図であり、塑性ヒンジ発生後の変形状態を模式的に示している。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施形態に係る柱梁接合構造の変形例を示す平面図である。
【図７】一般的な皿バネのバネ特性（荷重変形関係）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る柱梁接合構造１３について説明する。図１、図２（Ａ）、及び図２（Ｂ）には、建物を構成する架構の一部が示されており、柱梁接合構造１３によって接合された梁１０及び柱１２が示されている。
【００３２】
梁１０は、ブラケット（鉄骨ブラケット）１８と、このブラケット１８に接合される梁部材（鉄骨梁部材）１４と、を備えている。なお、図示を省略するが、梁部材１４は、柱１２から突出するブラケット１８と、図示せぬ柱から突出するブラケットとの間に配置されており、各ブラケットに接合されている。
【００３３】
ブラケット１８はＨ型鋼からなり、上下方向に対向する一対のフランジプレート１８Ａ（第１フランジプレート）と、これらのフランジプレート１８Ａを繋ぐウェブ１８Ｂと、を備えている。このブラケット１８は、柱１２の側面に突出して設けられている。
【００３４】
柱１２は角形鋼管からなり、その内部に一対のダイアフラム１６が設けられている。このダイアフラム１６は、柱１２の内周壁に沿って溶接等によって接合されており、柱１２とブラケット１８との接合部を補強している。なお、ブラケット１８及びダイアフラム１６は、工場等において柱１２に溶接等で予め接合されている。
【００３５】
ブラケット１８の端部と対向する位置には、梁部材１４が配置されている。梁部材１４はＨ型鋼からなり、上下方向に対向する一対のフランジプレート１４Ａ（第２フランジプレート）と、これらのフランジプレート１４Ａを繋ぐウェブ１４Ｂと、を備えている。梁部材１４のフランジプレート１４Ａとブラケット１８のフランジプレート１８Ａとの間には、施工誤差を吸収するための隙間が設けられている。また、フランジプレート１４Ａとフランジプレート１８Ａとは、接合プレート２０、２１を介して接合されている。
【００３６】
接合プレート２０は鋼板からなり、ブラケット１８及び梁部材１４の上下方向外側からフランジプレート１８Ａ及びフランジプレート１４Ａのそれぞれに重ねられている。接合プレート２０の側面（梁部材１４の材軸方向に沿った側面）には、凹状の切欠き部２６が形成されている。この切欠き部２６によって、均一又は略均一とされた接合プレート２０に断面減少部２０Ａが形成されている。この断面減少部２０Ａは、図３（Ｂ）に示されるように、接合プレート２０の他の部位（図３（Ａ）参照）よりも断面積が小さくされている。即ち、梁１０に作用する曲げモーメントに起因する軸力に、抵抗可能な有効断面積が小さなっている。
【００３７】
接合プレート２１は鋼板からなり、ブラケット１８及び梁部材１４の上下方向内側からフランジプレート１８Ａ及びフランジプレート１４Ａのそれぞれに重ねられている。なお、接合プレート２１は、ウェブ１８Ｂ、１４Ｂの両側に配置されている。接合プレート２１の側面（梁部材１４の材軸方向に沿った側面）には、凹状の切欠き部２８が形成されている。この切欠き部２８によって、均一又は略均一とされた接合プレート２１に断面減少部２１Ａが形成されている。この断面減少部２０Ａは、接合プレート２１の他の部位よりも断面積が小さくされている。即ち、梁１０に作用する曲げモーメントに起因する軸力に、抵抗可能な有効断面積が小さなっている。このように接合プレート２０、２１に形成された断面減少部２０Ａ、２１Ａによって、梁１０の曲げ耐力が部分的に小さくなっている。
【００３８】
接合プレート２０、２１は、各々の断面減少部２０Ａ、２１Ａが、フランジプレート１８Ａとフランジプレート１４Ａとの間（隙間）に位置するように配置されている。これらのフランジプレート１８Ａと接合プレート２０、２１、及びフランジプレート１４Ａと接合プレート２０、２１は、複数の高力ボルト２２（接合手段）、及びこの高力ボルト２２に取り付けられるナット２４（接合手段）によって、摩擦接合されている。これにより、ブラケット１８と梁部材１４との間で、曲げモーメントが伝達可能になっている。
【００３９】
各高力ボルト２２は、皿バネ（弾性体）３２を介して取り付けられている。この皿バネ３２は、高力ボルト２２の頭と接合プレート２０との間で挟まれ、圧縮した状態で保持されている。なお、皿バネ３２に替えて、一般的なバネ座金、波形座金等を用いても良い。
【００４０】
また、接合手段としての高力ボルト２２に替えて、通常のボルト、せん断ピン、リベット、溶接等によって接合しても良いが、接合強度の観点から高力ボルト２２による摩擦接合が好ましい。
【００４１】
ブラケット１８のウェブ１８Ｂ及び梁部材１４のウェブ１４Ｂには、鋼製の補強プレート３０がそれぞれ重ねられており、高力ボルト３４及びナット（不図示）によって摩擦接合されている。この補強プレート３０は、梁１０に作用するせん断力を主に伝達する。
【００４２】
ここで、断面減少部２０Ａ、２１Ａの断面積は、柱１２とブラケット１８との接合部よりも先に、当該断面減少部２０Ａ、２１Ａが位置する梁１０の部位（以下、「塑性ヒンジ部」という）に塑性ヒンジが発生するように設計される。
【００４３】
即ち、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、地震時に梁１０に発生する曲げモーメントは、一般的に柱１２とブラケット１８との接合部Ｌ０で最大となり、柱１２から離れるに従って小さくなる。従って、梁１０の曲げ耐力が全断面で等しい場合、先ず接合部Ｌ０に塑性ヒンジが発生する。接合部Ｌ０に塑性ヒンジが発生すると、繰り返し回転運動が生じ、柱１２とブラケット１８との接合部に溶接不良等に起因する亀裂が入り、脆性的な破断につながる可能性がある。
【００４４】
この対策として、柱梁接合構造１３では、接合部Ｌ０よりも先に、梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジが発生するように、断面減少部２０Ａ、２１Ａの軸耐力が設計される。この軸耐力は、切欠き２６、２８の形状、大きさ、断面減少部２０Ａ、２１の材質、接合部Ｌ０から断面減少部２０Ａ、２１Ａまでの距離Ｌ１等を考慮して設計される。
【００４５】
次に、実施形態に係る柱梁接合構造１３の作用について説明する。
【００４６】
接合プレート２０には断面減少部２０Ａが設けられている。この断面減少部２０Ａは、接合プレート２０の他の部位よりも断面積が小さくされており、即ち、接合プレート２０の他の部位よりも軸耐力が小さくされている。この断面減少部２０Ａ、２１Ａが位置する梁１０の部位は塑性ヒンジ部とされ、梁１０の曲げ耐力が部分的に小さくされている。断面減少部２０Ａの軸耐力は、切欠き部２６の形状、大きさ等によって増減され、地震時に、断面減少部２０Ａが塑性化し、柱１２とブラケット１８のフランジプレート１８Ａとの接合部よりも先に、当該断面減少部２０Ａが位置する梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジが発生するように設計されている。なお、説明を省略するが、接合プレート２１には、断面減少部２０Ａと同様の断面減少部２１Ａが形成されている。
【００４７】
従って、地震時に架構に外力が作用した場合、先ず、接合プレート２０、２１の断面減少部２０Ａ、２１Ａが塑性化し、当該断面減少部２０Ａ、２１Ａが位置する梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジが発生する。従って、柱１２とブラケット１８との接合部には、塑性ヒンジ部の曲げ耐力以上の曲げモーメントが作用しない。よって、塑性ヒンジ部を設けない場合と比較して、柱１２とブラケット１８との接合部に作用する曲げモーメントが低減され、当該接合部の破断、損傷等を抑制することができる。
【００４８】
また、これらの断面減少部２０Ａ、２１Ａは、接合プレート２０、２１に設けられている。そのため、断面減少部２０Ａ、２１Ａの製作が容易となり、即ち、切欠き部２６、２８の加工が容易となる。従って、従来のように梁（例えば、Ｈ形鋼のフランジ）に切欠き部を形成する場合と比較して、製造コストを削減することができる。
【００４９】
また、断面減少部２０Ａ、２１Ａが位置する梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジを発生させることにより、地震時における梁１０の破損、損傷を接合プレートに集中させることができる。従って、破損、損傷した接合プレート２０、２１を交換することにより、梁１０を補修することができる。更に、接合プレート２０、２１は、一般的なブラケットタイプの柱梁接合部に適用可能であるため汎用性が高く、また、断面減少部２０Ａ、２１Ａの断面積を増減することにより、梁１０の曲げ耐力を調整することができる。
【００５０】
ところで、接合プレート２０、２１には、充分な接合強度を確保すべく、ブラケット１８のフランジプレート１８Ａ、及び梁部材１４のフランジプレート１４Ａと同様の強度を備える鋼材が使用され、その板厚はフランジプレート１８Ａ、１４Ａと同等、若しくは同等以上の厚さとされることが通常である。このように強度（軸耐力）が重要視される接合プレート２０、２１に、本実施形態では、敢えて断面減少部２０Ａ、２１Ａを設けることにより、架構全体の靭性、変形性能を向上させて耐震性能を向上させると共に、断面減少部２０Ａ、２１Ａの加工性の向上を図っている。
【００５１】
次に、梁１０に作用する曲げモーメントの伝達機構について説明する。
【００５２】
地震等によって架構に外力が作用すると、梁１０に曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントは、梁部材１４のフランジプレート１４Ａ、接合プレート２０、２１、及びブラケット１８のフランジプレート１８Ａに軸力として伝達される。フランジプレート１４Ａと接合プレート２０、２１との間では、フランジプレート１４Ａと接合プレート２０、２１の接触面に発生する摩擦力（高力ボルト２２の軸力に応じた摩擦力）によって軸力が伝達される。この場合、フランジプレート１４Ａと接合プレート２０、２１が重なる部位では、フランジプレート１４Ａ及び接合プレート２０、２１が軸力を負担するが、フランジプレート１４Ａとフランジプレート１８Ａとの間では、接合プレート２０、２１のみが軸力を負担する。即ち、フランジプレート１４Ａとフランジプレート１８Ａとの間では、接合プレート２０、２１に作用する応力度が大きくなる。本実施形態では、このように応力度が大きくなる接合プレート２０、２１の部位に、断面減少部２０Ａ、２１Ａを設けている。これにより、断面減少部２０Ａ、２１Ａに塑性変形を集中させ、断面減少部が位置する梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジをより確実に発生させることができる。
【００５３】
また、各高力ボルト２２は、皿バネ３２を介して取り付けられている。これにより、ブラケット１８と梁部材１４との曲げモーメントの伝達効率の低下を効率的に抑制することできる。ここで、図５に示されるように、梁部材１４が矢印Ａ方向へ変形し、断面減少部２０Ａ、２１Ａが位置する梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジが発生すると、塑性ヒンジ部の伸び変形によって断面減少部２０Ａ、２１Ａ及びその周辺の板厚が減少し（例えば、板厚ｔ０→板厚ｔ１）、接合プレート２０、２１とフランジプレート１８Ａとの間や、接合プレート２０、２１とフランジプレート１４Ａとの間に隙間が生じる恐れがある。この隙間が生じると、接合プレート２０、２１とフランジプレート１４Ａ又はフランジプレート１８Ａとの間に作用する高力ボルト２２の導入軸力が減少する。従って、高力ボルト２２及びナット２４による摩擦接合強度が低下し、曲げモーメントの伝達効率が低下してしまう。
【００５４】
この対策として、本実施形態では、高力ボルト２２と接合プレート２０との間に皿バネ３２を設けている。これにより、断面減少部２０Ａ、２１Ａ及びその周辺部の板厚が減少しても、皿バネ３２の復元力によって接合プレート２０、２１とフランジプレート１８Ａ、１４Ａとの隙間が抑制されるため、高力ボルト２２による導入軸力の減少を抑制することができる。よって、摩擦接合強度が確保され、ブラケット１８と梁部材１４との間の曲げモーメントの伝達効率の低下が低減される。
【００５５】
なお、塑性化による接合プレート２０、２１の板厚の減少率は、断面減少部２０Ａ、２１Ａに近づくに従って大きくなる。従って、断面減少部２０Ａ、２１Ａに最も近い列（図２（Ａ）において、点線Ｃで囲まれた列）の高力ボルト２２と接合プレート２０との間に皿バネ３２を設けることが望ましい。これにより、接合プレート２０、２１とフランジプレート１８Ａ、１４Ａとの隙間を効率良く抑制することができる。なお、接合プレート２０、２１の板厚減少が懸念される部位に、皿バネ３２を適宜設けても良いことは、勿論である。
【００５６】
更に、弾性体として皿バネ３２を用いることにより、曲げモーメントの伝達効率の低下をより確実に抑制することができ、高力ボルト２２による導入軸力の減少を抑制することができる。即ち、摩擦接合強度を維持することができ、曲げモーメントの伝達効率の低下をより確実に抑制することができる。皿バネ３２は、一般的なバネ座金等と比較して、小さいたわみ量で大きな復元力を得ることができるためである。
【００５７】
また、図７に示される一般的な皿バネのバネ特性９２（荷重変形関係）から分かるように、皿バネは、変形量に対して復元力の変動が小さい領域Ｒを有している。従って、皿バネ３２が領域Ｒで変形するように、当該皿バネ３２に圧力（初期圧力）を付与することにより、高力ボルト２２による導入軸力の減少を効率的に抑制することができる。そのため、皿バネ３２は、領域Ｒで使用することが望ましい。なお、領域Ｒから外れた領域で、皿バネ３２を使用しても良いことは勿論である。
【００５８】
なお、本実施形態では、全ての高力ボルト２２に皿バネ３２を設けたがこれに限らず、断面減少部２０Ａ、２１Ａに最も近い列の高力ボルト２２にのみ皿バネ３２を設けても良いし、断面減少部２０Ａ、２１Ａから２番目に近い列の高力ボルト２２にのみ皿バネ３２を設けても良い。更に、本実施形態では、高力ボルト２２と接合プレート２０との間に皿バネ３２を設けたが、ナット２４と接合プレート２１との間に皿バネ３２を設けても良い。即ち、高力ボルト２２と接合プレート２０との間、及びナット２４と接合プレート２１との間の少なくとも一方に、皿バネ３２が挟まれていれば良い。
【００５９】
また、切欠き部２６、２８の形状、大きさは適宜変更可能である。例えば、図６（Ａ）に示されるように、切欠き部２６（図２（Ａ）参照）よりも曲率半径が大きい切欠き部３６を形成しても良い。また、切欠き部２６を形成するのではなく、図６（Ｂ）に示されるように、一又は複数の貫通孔４０（図６（Ｂ）は、５つ）を形成して接合プレート２０の断面積を小さくしても良い。この場合、貫通孔４０の形状は円形に限らず、三角形、四角形等の多角形でも良い。また、ボルトを通すための貫通孔（ボルト孔）を、断面減少部用の貫通孔として使用することも可能である。更には、接合プレート２０、２１に切欠き部２６、２８や貫通孔４０を形成するのではなく、接合プレート２０、２１の板厚を部分的に薄くして断面減少部を設けることも可能である。
【００６０】
また、上記実施形態では、フランジプレート１８Ａ、１４Ａの上下方向両側に２枚の接合プレート２０、２１を配置したが、接合プレートは少なくとも１枚あれば良い。また、接合プレート２０、２１は、種々の鋼材で形成することができる。特に、接合プレート２０、２１を、普通鋼（例えば、ＳＭ４９０、ＳＳ４００等）よりも降伏点が小さい低降伏点鋼（例えば、ＬＹ２２５）で形成することにより、断面減少部２０Ａ、２１Ａの降伏荷重が小さくなるため、断面減少部２０Ａ、２１Ａが位置する梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジが発生し易くなる。従って、切欠き部２６、２８等による断面欠損を小さくすることが可能となり、切欠き部２６、２８等の加工の手間を更に低減することができる。更に、低降伏点鋼を塑性化させることにより、安定した履歴ループによって振動エネルギーを吸収することも可能である。
【００６１】
また、本実施形態では、ブラケット１８のフランジプレート１８Ａと、梁部材１４のフランジプレート１４Ａとの間（隙間）に断面減少部２０Ａ、２１Ａを設けたがこれに限らない。柱１２とブラケット１８との接合部よりも先に、梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジが発生すれば良く、接合プレート２０、２１の何れの位置に断面減少部２０Ａ、２１Ａを設けてよい。例えば、図６（Ｃ）に示されるように、フランジプレート１８Ａとフランジプレート１４Ａとの間（隙間）から外れた位置に貫通孔４０を形成し、断面減少部２０Ａとしても良い。なお、前述した通り、梁１０の曲げモーメントに起因する接合プレート２０、２１の負担軸力は、フランジプレート１８Ａとフランジプレート１４Ａとの間で最大となるため、フランジプレート１８Ａとフランジプレート１４Ａとの間に断面減少部２０Ａを設けることが合理的である。
【００６２】
また、本実施形態の柱梁接合構造１３は、梁部材１４の両端部に適用する必要はなく、梁部材１４の少なくとも一方の端部に適用されていれば良い。また、柱梁接合構造１３は、種々の構造（例えば、Ｈ型鋼、Ｔ型鋼、Ｉ型、丸型鋼等）の柱１２、ブラケット１８、梁部材１４に適用可能である。更に、上記実施形態では、ダイアフラム１６（いわゆる内ダイヤ形式）によって柱１２を補強したがこれに限らず、いわゆる通しダイア形式、外ダイア形式等の種々の補強形式を用いることができる。
【００６３】
また、上記実施形態に係る柱梁接合構造は、建物の一部に用いても良いし、建物の全てに用いても良い。更に、新築建物や改修建物に適用することができる。
【００６４】
以上、本発明の実施形態の例について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６５】
１２ 柱
１３ 柱梁接合構造
１４Ａ フランジプレート（第２フランジプレート）
１４ 梁部材（鉄骨梁部材）
１８Ａ フランジプレート（第１フランジプレート）
１８ ブラケット（鉄骨ブラケット）
２０ 接合プレート
２０Ａ 断面減少部
２１ 接合プレート
２１Ａ 断面減少部
２２ 高力ボルト（接合手段）
２４ ナット（接合手段）
３２ 皿バネ（弾性体）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱梁接合構造、及び柱梁接合構造を有する建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
兵庫県南部地震等では、鉄骨造の柱と梁の柱梁接合部に破断を伴う損傷が多数発見されており、柱梁接合構造の更なる改善が求められていた。この改善策として、梁の曲げ耐力を部分的に小さくし、柱梁接合部から離れた位置で塑性ヒンジを発生させるＲＢＳ（Ｒｅｄｕｃｅｄ Ｂｅａｍ Ｓｅｃｔｉｏｎ）工法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
特許文献１では、ボックスコラム（柱）とＨ型ビーム（梁）との柱梁接合構造において、Ｈ型ビームのフランジプレートに切欠きが形成されている。この切欠きは、ボックスコラムから離れた位置に形成されている。この切欠きによってＨ型ビームの曲げ耐力が小さくされており、柱梁接合部よりも先に、切欠きが形成された部位に塑性ヒンジ（塑性化）が発生するように構成されている。これにより、柱梁接合部の破断、損傷が抑制されている。
【０００４】
また、特許文献２では、Ｈ型鋼からなる梁のフランジプレートに切欠きが設けられている。この切欠きは柱から離れた位置に形成されている。また、切欠きには、フランジプレートと同じ板厚の低降伏点鋼からなる鋼板が嵌め込まれ、溶接接合されている。この低降伏点鋼からなる鋼板によって梁のフランジプレートが補強されている。
【０００５】
ここで、特許文献１、２では、梁のフランジプレートに切欠きを形成している。しかしながら、梁は一般的にスパンが長く、その取扱いが不便であるため、フランジプレートに切欠きを形成するのに手間を要する。また、切欠き形成時の摩擦熱によって、梁に寸法誤差が生じたり、鋼材の物性が変化して梁の強度に問題を生じたりする恐れがある。
【０００６】
一方、特許文献３では、柱に溶接されたブラケットと鉄骨梁部材とをスプライスプレートで接合している。このスプライスプレートは低降伏点鋼で形成されている。これにより、スプライスプレートの降伏荷重を相対的に小さくし、柱とブラケットと溶接部よりも先に、スプライスプレートに塑性ヒンジが発生するように構成されている。
【０００７】
しかしながら、スプライスプレートの降伏荷重は、低降伏点鋼の機械的性質に依存するため、その調整幅が小さく、設計の柔軟性に欠ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−４１１２号公報
【特許文献２】特開２００１−４９７４０号公報
【特許文献３】特開平１０−３１７４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の事実を考慮し、断面減少部の加工性を向上することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の柱梁接合構造は、柱から突出する鉄骨ブラケットと、前記鉄骨ブラケットに接合される鉄骨梁部材と、前記鉄骨ブラケットの第１フランジプレートと、前記鉄骨梁部材の第２フランジプレートとに重ねられる鋼製の接合プレートと、前記接合プレートに設けられ、該接合プレートの他の部位よりも断面積が小さくされた断面減少部と、前記第１フランジプレート及び前記第２フランジプレートに前記接合プレートを接合する接合手段と、を備えている。
【００１１】
上記の構成によれば、接合プレートを介して鉄骨ブラケットと鉄骨梁部材とを接合することにより梁が構成される。接合プレートは、鉄骨ブラケットの第１フランジプレートと、鉄骨梁部材の第２フランジプレートとに重ねられ、接合手段によって第１フランジプレート及び第２フランジプレートのそれぞれに接合される。また、接合プレートには、当該接合プレートの他の部位よりも断面積が小さい断面減少部が設けられており、この断面減少部によって、梁の曲げ耐力が部分的に小さくされている。
【００１２】
ここで、接合プレートに断面減少部を設け、梁の曲げ耐力を部分的に小さくしたことにより、地震時に柱と鉄骨ブラケットとの接合部よりも先に、接合プレートの断面減少部が位置する梁部位に塑性ヒンジを発生させることができる（以下、接合プレートの断面減少部が位置する梁部位であって、塑性ヒンジが生じる部位を塑性ヒンジ部と称す）。従って、柱と鉄骨ブラケットとの接合部には、塑性ヒンジ部の曲げ耐力以上の曲げモーメントが作用しない。よって、塑性ヒンジ部を設けない場合と比較して、柱と鉄骨ブラケットとの接合部に作用する曲げモーメントが低減され、当該接合部の破断、損傷等を抑制することができる。
【００１３】
また、接合プレートに断面減少部を設けたことにより、断面減少部の加工が容易となるため、製造コストを削減することができる。また、断面減少部に塑性変形を集中させることにより、地震時における梁の破損、損傷を接合プレートに集中させることができる。このため、破損、損傷した接合プレートを交換することにより、梁を補修することができる。
【００１４】
更に、接合プレートは、一般的なブラケットタイプの柱梁接合部に適用可能であるため、汎用性が高く、また、断面減少部の断面積を増減することにより、梁の塑性ヒンジ部の曲げ耐力を調整することができる。
【００１５】
請求項２に記載の柱梁接合構造は、請求項１に記載の柱梁接合構造において、前記接合手段が、前記接合プレートと前記第１フランジプレート又は前記第２フランジプレートとに貫通される複数の高力ボルトと、該高力ボルトに取り付けられるナットと、を備え、前記高力ボルト又は前記ナットと、前記接合プレートの間に弾性体が挟まれている。
【００１６】
上記の構成によれば、接合手段が、接合プレートと第１フランジプレート又は第２フランジプレートに貫通される複数の高力ボルトと、この高力ボルトに取り付けられるナットと、を備えており、これらの高力ボルト及びナットによって、接合プレートと第１フランジプレート又は第２フランジプレートが摩擦接合される。また、高力ボルト又はナットと、接合プレートの間には、弾性体が挟まれている。
【００１７】
ここで、接合プレートの断面減少部が塑性化すると、接合プレートの伸び変形によって断面減少部及びその周辺部の板厚が減少し、接合プレートと第１フランジプレート、第２フランジプレートとの間に隙間が生じる恐れがある。この隙間が生じると、接合プレートと第１フランジプレート又は第２フランジプレートとの間に作用する高力ボルトの導入軸力が減少する。従って、高力ボルト及びナットによる摩擦接合強度が低下し、曲げモーメントの伝達効率が低下してしまう。
【００１８】
この対策として本発明では、高力ボルト又はナットと接合プレートとの間に弾性体を設けている。これにより、断面減少部及びその周辺部の板厚が減少しても、弾性体の復元力によって接合プレートと第１フランジプレート、第２フランジプレートとの隙間が抑制される。従って、高力ボルトによる導入軸力の減少が抑制され、摩擦接合強度を確保することができ、曲げモーメントの伝達効率の低下を低減することができる。
【００１９】
また、塑性化による接合プレートの板厚の減少率は、断面減少部に近づくに従って大きくなる。従って、断面減少部に最も近い列の高力ボルト又はナットと接合プレートとの間に弾性体を設けることにより、接合プレートと第１フランジプレート、第２フランジプレートの隙間を効率良く抑制することができる。
【００２０】
請求項３に記載の柱梁接合構造は、請求項２に記載の柱梁接合構造において、前記弾性体が、皿バネである。
【００２１】
上記の構成によれば、弾性体が皿バネとされている。皿バネは、一般的なバネ座金等と比較して、小さいたわみ量で大きな復元力を得ることができる。従って、第１フランジプレート又は第２フランジプレートと接合プレートとの隙間をより確実に抑制することができ、高力ボルトによる導入軸力の減少を抑制することができる。よって、摩擦接合強度を維持することができ、曲げモーメントの伝達効率の低下をより確実に抑制することができる。
【００２２】
請求項４に記載の柱梁接合構造は、請求項１〜３の何れか１項に記載の柱梁接合構造において、前記断面減少部が、前記第１フランジプレートと前記第２フランジプレートとの間に設けられている。
【００２３】
上記の構成によれば、接合プレートに形成された断面減少部が、第１フランジプレートと第２フランジプレートとの間（隙間）に設けられている（位置している）。即ち、第１フランジプレートと第２フランジプレートとの間（隙間）に梁の塑性ヒンジ部が位置している。
【００２４】
ここで、梁に作用する曲げモーメントは、第１フランジプレートから接合手段を介し、軸力として接合プレートに伝達される。この場合、第１フランジプレートと接合プレートが重なる部位では、第１フランジプレート及び接合プレートが軸力を負担するが、第１フランジプレートと第２フランジプレートとの間では接合プレートのみが軸力を負担することになる。従って、第１フランジプレートと第２フランジプレートとの間に断面減少部を設けることにより、梁の曲げモーメントに起因する軸力の全てを断面減少部に作用させることができる。これにより、断面減少部に塑性化を集中させ、当該断面減少部が位置する梁の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジをより確実に発生させることができる。
【００２５】
請求項５に記載の建物は、請求項１〜４の何れか１項に記載の柱梁接合構造によって接合された前記鉄骨ブラケットと前記鉄骨梁部材とを有している。
【００２６】
上記の構成によれば、建物は、請求項１〜４の何れか１項に記載の柱梁接合構造によって接合された鉄骨ブラケットと鉄骨梁部材とを有している。従って、柱と鉄骨ブラケットとの接合部よりも先に、接合プレートの断面減少部が位置する梁の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジを発生させることができる。従って、柱と鉄骨ブラケットとの接合部の破損、損傷を抑制することができ、建物の長寿命化を図ることができる。
【００２７】
また、地震によって接合プレートが破損、損傷した場合は、接合プレートを交換することにより、梁を補修することができる。
【００２８】
更に、接合プレートに断面減少部を設けたことにより、第１フランジプレート又は第２フランジプレートに断面減少部を設ける場合と比較して、断面減少部の加工性が向上し、コスト削減を図ることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、上記の構成としたので、断面減少部の加工性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る柱梁接合構造を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る柱梁接合構造の要部拡大図であり、（Ａ）平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図３】（Ａ）は、図２（Ｂ）の１−１線断面図であり、（Ｂ）は図２（Ｂ）の２−２線断面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の実施形態に係る柱梁接合構造の概略側面図であり、（Ｂ）は、鉄骨梁の曲げモーメント図である。
【図５】本発明の実施形態に係る断面減少部の拡大側面図であり、塑性ヒンジ発生後の変形状態を模式的に示している。
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施形態に係る柱梁接合構造の変形例を示す平面図である。
【図７】一般的な皿バネのバネ特性（荷重変形関係）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る柱梁接合構造１３について説明する。図１、図２（Ａ）、及び図２（Ｂ）には、建物を構成する架構の一部が示されており、柱梁接合構造１３によって接合された梁１０及び柱１２が示されている。
【００３２】
梁１０は、ブラケット（鉄骨ブラケット）１８と、このブラケット１８に接合される梁部材（鉄骨梁部材）１４と、を備えている。なお、図示を省略するが、梁部材１４は、柱１２から突出するブラケット１８と、図示せぬ柱から突出するブラケットとの間に配置されており、各ブラケットに接合されている。
【００３３】
ブラケット１８はＨ型鋼からなり、上下方向に対向する一対のフランジプレート１８Ａ（第１フランジプレート）と、これらのフランジプレート１８Ａを繋ぐウェブ１８Ｂと、を備えている。このブラケット１８は、柱１２の側面に突出して設けられている。
【００３４】
柱１２は角形鋼管からなり、その内部に一対のダイアフラム１６が設けられている。このダイアフラム１６は、柱１２の内周壁に沿って溶接等によって接合されており、柱１２とブラケット１８との接合部を補強している。なお、ブラケット１８及びダイアフラム１６は、工場等において柱１２に溶接等で予め接合されている。
【００３５】
ブラケット１８の端部と対向する位置には、梁部材１４が配置されている。梁部材１４はＨ型鋼からなり、上下方向に対向する一対のフランジプレート１４Ａ（第２フランジプレート）と、これらのフランジプレート１４Ａを繋ぐウェブ１４Ｂと、を備えている。梁部材１４のフランジプレート１４Ａとブラケット１８のフランジプレート１８Ａとの間には、施工誤差を吸収するための隙間が設けられている。また、フランジプレート１４Ａとフランジプレート１８Ａとは、接合プレート２０、２１を介して接合されている。
【００３６】
接合プレート２０は鋼板からなり、ブラケット１８及び梁部材１４の上下方向外側からフランジプレート１８Ａ及びフランジプレート１４Ａのそれぞれに重ねられている。接合プレート２０の側面（梁部材１４の材軸方向に沿った側面）には、凹状の切欠き部２６が形成されている。この切欠き部２６によって、均一又は略均一とされた接合プレート２０に断面減少部２０Ａが形成されている。この断面減少部２０Ａは、図３（Ｂ）に示されるように、接合プレート２０の他の部位（図３（Ａ）参照）よりも断面積が小さくされている。即ち、梁１０に作用する曲げモーメントに起因する軸力に、抵抗可能な有効断面積が小さなっている。
【００３７】
接合プレート２１は鋼板からなり、ブラケット１８及び梁部材１４の上下方向内側からフランジプレート１８Ａ及びフランジプレート１４Ａのそれぞれに重ねられている。なお、接合プレート２１は、ウェブ１８Ｂ、１４Ｂの両側に配置されている。接合プレート２１の側面（梁部材１４の材軸方向に沿った側面）には、凹状の切欠き部２８が形成されている。この切欠き部２８によって、均一又は略均一とされた接合プレート２１に断面減少部２１Ａが形成されている。この断面減少部２０Ａは、接合プレート２１の他の部位よりも断面積が小さくされている。即ち、梁１０に作用する曲げモーメントに起因する軸力に、抵抗可能な有効断面積が小さなっている。このように接合プレート２０、２１に形成された断面減少部２０Ａ、２１Ａによって、梁１０の曲げ耐力が部分的に小さくなっている。
【００３８】
接合プレート２０、２１は、各々の断面減少部２０Ａ、２１Ａが、フランジプレート１８Ａとフランジプレート１４Ａとの間（隙間）に位置するように配置されている。これらのフランジプレート１８Ａと接合プレート２０、２１、及びフランジプレート１４Ａと接合プレート２０、２１は、複数の高力ボルト２２（接合手段）、及びこの高力ボルト２２に取り付けられるナット２４（接合手段）によって、摩擦接合されている。これにより、ブラケット１８と梁部材１４との間で、曲げモーメントが伝達可能になっている。
【００３９】
各高力ボルト２２は、皿バネ（弾性体）３２を介して取り付けられている。この皿バネ３２は、高力ボルト２２の頭と接合プレート２０との間で挟まれ、圧縮した状態で保持されている。なお、皿バネ３２に替えて、一般的なバネ座金、波形座金等を用いても良い。
【００４０】
また、接合手段としての高力ボルト２２に替えて、通常のボルト、せん断ピン、リベット、溶接等によって接合しても良いが、接合強度の観点から高力ボルト２２による摩擦接合が好ましい。
【００４１】
ブラケット１８のウェブ１８Ｂ及び梁部材１４のウェブ１４Ｂには、鋼製の補強プレート３０がそれぞれ重ねられており、高力ボルト３４及びナット（不図示）によって摩擦接合されている。この補強プレート３０は、梁１０に作用するせん断力を主に伝達する。
【００４２】
ここで、断面減少部２０Ａ、２１Ａの断面積は、柱１２とブラケット１８との接合部よりも先に、当該断面減少部２０Ａ、２１Ａが位置する梁１０の部位（以下、「塑性ヒンジ部」という）に塑性ヒンジが発生するように設計される。
【００４３】
即ち、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、地震時に梁１０に発生する曲げモーメントは、一般的に柱１２とブラケット１８との接合部Ｌ０で最大となり、柱１２から離れるに従って小さくなる。従って、梁１０の曲げ耐力が全断面で等しい場合、先ず接合部Ｌ０に塑性ヒンジが発生する。接合部Ｌ０に塑性ヒンジが発生すると、繰り返し回転運動が生じ、柱１２とブラケット１８との接合部に溶接不良等に起因する亀裂が入り、脆性的な破断につながる可能性がある。
【００４４】
この対策として、柱梁接合構造１３では、接合部Ｌ０よりも先に、梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジが発生するように、断面減少部２０Ａ、２１Ａの軸耐力が設計される。この軸耐力は、切欠き２６、２８の形状、大きさ、断面減少部２０Ａ、２１の材質、接合部Ｌ０から断面減少部２０Ａ、２１Ａまでの距離Ｌ１等を考慮して設計される。
【００４５】
次に、実施形態に係る柱梁接合構造１３の作用について説明する。
【００４６】
接合プレート２０には断面減少部２０Ａが設けられている。この断面減少部２０Ａは、接合プレート２０の他の部位よりも断面積が小さくされており、即ち、接合プレート２０の他の部位よりも軸耐力が小さくされている。この断面減少部２０Ａ、２１Ａが位置する梁１０の部位は塑性ヒンジ部とされ、梁１０の曲げ耐力が部分的に小さくされている。断面減少部２０Ａの軸耐力は、切欠き部２６の形状、大きさ等によって増減され、地震時に、断面減少部２０Ａが塑性化し、柱１２とブラケット１８のフランジプレート１８Ａとの接合部よりも先に、当該断面減少部２０Ａが位置する梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジが発生するように設計されている。なお、説明を省略するが、接合プレート２１には、断面減少部２０Ａと同様の断面減少部２１Ａが形成されている。
【００４７】
従って、地震時に架構に外力が作用した場合、先ず、接合プレート２０、２１の断面減少部２０Ａ、２１Ａが塑性化し、当該断面減少部２０Ａ、２１Ａが位置する梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジが発生する。従って、柱１２とブラケット１８との接合部には、塑性ヒンジ部の曲げ耐力以上の曲げモーメントが作用しない。よって、塑性ヒンジ部を設けない場合と比較して、柱１２とブラケット１８との接合部に作用する曲げモーメントが低減され、当該接合部の破断、損傷等を抑制することができる。
【００４８】
また、これらの断面減少部２０Ａ、２１Ａは、接合プレート２０、２１に設けられている。そのため、断面減少部２０Ａ、２１Ａの製作が容易となり、即ち、切欠き部２６、２８の加工が容易となる。従って、従来のように梁（例えば、Ｈ形鋼のフランジ）に切欠き部を形成する場合と比較して、製造コストを削減することができる。
【００４９】
また、断面減少部２０Ａ、２１Ａが位置する梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジを発生させることにより、地震時における梁１０の破損、損傷を接合プレートに集中させることができる。従って、破損、損傷した接合プレート２０、２１を交換することにより、梁１０を補修することができる。更に、接合プレート２０、２１は、一般的なブラケットタイプの柱梁接合部に適用可能であるため汎用性が高く、また、断面減少部２０Ａ、２１Ａの断面積を増減することにより、梁１０の曲げ耐力を調整することができる。
【００５０】
ところで、接合プレート２０、２１には、充分な接合強度を確保すべく、ブラケット１８のフランジプレート１８Ａ、及び梁部材１４のフランジプレート１４Ａと同様の強度を備える鋼材が使用され、その板厚はフランジプレート１８Ａ、１４Ａと同等、若しくは同等以上の厚さとされることが通常である。このように強度（軸耐力）が重要視される接合プレート２０、２１に、本実施形態では、敢えて断面減少部２０Ａ、２１Ａを設けることにより、架構全体の靭性、変形性能を向上させて耐震性能を向上させると共に、断面減少部２０Ａ、２１Ａの加工性の向上を図っている。
【００５１】
次に、梁１０に作用する曲げモーメントの伝達機構について説明する。
【００５２】
地震等によって架構に外力が作用すると、梁１０に曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントは、梁部材１４のフランジプレート１４Ａ、接合プレート２０、２１、及びブラケット１８のフランジプレート１８Ａに軸力として伝達される。フランジプレート１４Ａと接合プレート２０、２１との間では、フランジプレート１４Ａと接合プレート２０、２１の接触面に発生する摩擦力（高力ボルト２２の軸力に応じた摩擦力）によって軸力が伝達される。この場合、フランジプレート１４Ａと接合プレート２０、２１が重なる部位では、フランジプレート１４Ａ及び接合プレート２０、２１が軸力を負担するが、フランジプレート１４Ａとフランジプレート１８Ａとの間では、接合プレート２０、２１のみが軸力を負担する。即ち、フランジプレート１４Ａとフランジプレート１８Ａとの間では、接合プレート２０、２１に作用する応力度が大きくなる。本実施形態では、このように応力度が大きくなる接合プレート２０、２１の部位に、断面減少部２０Ａ、２１Ａを設けている。これにより、断面減少部２０Ａ、２１Ａに塑性変形を集中させ、断面減少部が位置する梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジをより確実に発生させることができる。
【００５３】
また、各高力ボルト２２は、皿バネ３２を介して取り付けられている。これにより、ブラケット１８と梁部材１４との曲げモーメントの伝達効率の低下を効率的に抑制することできる。ここで、図５に示されるように、梁部材１４が矢印Ａ方向へ変形し、断面減少部２０Ａ、２１Ａが位置する梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジが発生すると、塑性ヒンジ部の伸び変形によって断面減少部２０Ａ、２１Ａ及びその周辺の板厚が減少し（例えば、板厚ｔ０→板厚ｔ１）、接合プレート２０、２１とフランジプレート１８Ａとの間や、接合プレート２０、２１とフランジプレート１４Ａとの間に隙間が生じる恐れがある。この隙間が生じると、接合プレート２０、２１とフランジプレート１４Ａ又はフランジプレート１８Ａとの間に作用する高力ボルト２２の導入軸力が減少する。従って、高力ボルト２２及びナット２４による摩擦接合強度が低下し、曲げモーメントの伝達効率が低下してしまう。
【００５４】
この対策として、本実施形態では、高力ボルト２２と接合プレート２０との間に皿バネ３２を設けている。これにより、断面減少部２０Ａ、２１Ａ及びその周辺部の板厚が減少しても、皿バネ３２の復元力によって接合プレート２０、２１とフランジプレート１８Ａ、１４Ａとの隙間が抑制されるため、高力ボルト２２による導入軸力の減少を抑制することができる。よって、摩擦接合強度が確保され、ブラケット１８と梁部材１４との間の曲げモーメントの伝達効率の低下が低減される。
【００５５】
なお、塑性化による接合プレート２０、２１の板厚の減少率は、断面減少部２０Ａ、２１Ａに近づくに従って大きくなる。従って、断面減少部２０Ａ、２１Ａに最も近い列（図２（Ａ）において、点線Ｃで囲まれた列）の高力ボルト２２と接合プレート２０との間に皿バネ３２を設けることが望ましい。これにより、接合プレート２０、２１とフランジプレート１８Ａ、１４Ａとの隙間を効率良く抑制することができる。なお、接合プレート２０、２１の板厚減少が懸念される部位に、皿バネ３２を適宜設けても良いことは、勿論である。
【００５６】
更に、弾性体として皿バネ３２を用いることにより、曲げモーメントの伝達効率の低下をより確実に抑制することができ、高力ボルト２２による導入軸力の減少を抑制することができる。即ち、摩擦接合強度を維持することができ、曲げモーメントの伝達効率の低下をより確実に抑制することができる。皿バネ３２は、一般的なバネ座金等と比較して、小さいたわみ量で大きな復元力を得ることができるためである。
【００５７】
また、図７に示される一般的な皿バネのバネ特性９２（荷重変形関係）から分かるように、皿バネは、変形量に対して復元力の変動が小さい領域Ｒを有している。従って、皿バネ３２が領域Ｒで変形するように、当該皿バネ３２に圧力（初期圧力）を付与することにより、高力ボルト２２による導入軸力の減少を効率的に抑制することができる。そのため、皿バネ３２は、領域Ｒで使用することが望ましい。なお、領域Ｒから外れた領域で、皿バネ３２を使用しても良いことは勿論である。
【００５８】
なお、本実施形態では、全ての高力ボルト２２に皿バネ３２を設けたがこれに限らず、断面減少部２０Ａ、２１Ａに最も近い列の高力ボルト２２にのみ皿バネ３２を設けても良いし、断面減少部２０Ａ、２１Ａから２番目に近い列の高力ボルト２２にのみ皿バネ３２を設けても良い。更に、本実施形態では、高力ボルト２２と接合プレート２０との間に皿バネ３２を設けたが、ナット２４と接合プレート２１との間に皿バネ３２を設けても良い。即ち、高力ボルト２２と接合プレート２０との間、及びナット２４と接合プレート２１との間の少なくとも一方に、皿バネ３２が挟まれていれば良い。
【００５９】
また、切欠き部２６、２８の形状、大きさは適宜変更可能である。例えば、図６（Ａ）に示されるように、切欠き部２６（図２（Ａ）参照）よりも曲率半径が大きい切欠き部３６を形成しても良い。また、切欠き部２６を形成するのではなく、図６（Ｂ）に示されるように、一又は複数の貫通孔４０（図６（Ｂ）は、５つ）を形成して接合プレート２０の断面積を小さくしても良い。この場合、貫通孔４０の形状は円形に限らず、三角形、四角形等の多角形でも良い。また、ボルトを通すための貫通孔（ボルト孔）を、断面減少部用の貫通孔として使用することも可能である。更には、接合プレート２０、２１に切欠き部２６、２８や貫通孔４０を形成するのではなく、接合プレート２０、２１の板厚を部分的に薄くして断面減少部を設けることも可能である。
【００６０】
また、上記実施形態では、フランジプレート１８Ａ、１４Ａの上下方向両側に２枚の接合プレート２０、２１を配置したが、接合プレートは少なくとも１枚あれば良い。また、接合プレート２０、２１は、種々の鋼材で形成することができる。特に、接合プレート２０、２１を、普通鋼（例えば、ＳＭ４９０、ＳＳ４００等）よりも降伏点が小さい低降伏点鋼（例えば、ＬＹ２２５）で形成することにより、断面減少部２０Ａ、２１Ａの降伏荷重が小さくなるため、断面減少部２０Ａ、２１Ａが位置する梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジが発生し易くなる。従って、切欠き部２６、２８等による断面欠損を小さくすることが可能となり、切欠き部２６、２８等の加工の手間を更に低減することができる。更に、低降伏点鋼を塑性化させることにより、安定した履歴ループによって振動エネルギーを吸収することも可能である。
【００６１】
また、本実施形態では、ブラケット１８のフランジプレート１８Ａと、梁部材１４のフランジプレート１４Ａとの間（隙間）に断面減少部２０Ａ、２１Ａを設けたがこれに限らない。柱１２とブラケット１８との接合部よりも先に、梁１０の塑性ヒンジ部に塑性ヒンジが発生すれば良く、接合プレート２０、２１の何れの位置に断面減少部２０Ａ、２１Ａを設けてよい。例えば、図６（Ｃ）に示されるように、フランジプレート１８Ａとフランジプレート１４Ａとの間（隙間）から外れた位置に貫通孔４０を形成し、断面減少部２０Ａとしても良い。なお、前述した通り、梁１０の曲げモーメントに起因する接合プレート２０、２１の負担軸力は、フランジプレート１８Ａとフランジプレート１４Ａとの間で最大となるため、フランジプレート１８Ａとフランジプレート１４Ａとの間に断面減少部２０Ａを設けることが合理的である。
【００６２】
また、本実施形態の柱梁接合構造１３は、梁部材１４の両端部に適用する必要はなく、梁部材１４の少なくとも一方の端部に適用されていれば良い。また、柱梁接合構造１３は、種々の構造（例えば、Ｈ型鋼、Ｔ型鋼、Ｉ型、丸型鋼等）の柱１２、ブラケット１８、梁部材１４に適用可能である。更に、上記実施形態では、ダイアフラム１６（いわゆる内ダイヤ形式）によって柱１２を補強したがこれに限らず、いわゆる通しダイア形式、外ダイア形式等の種々の補強形式を用いることができる。
【００６３】
また、上記実施形態に係る柱梁接合構造は、建物の一部に用いても良いし、建物の全てに用いても良い。更に、新築建物や改修建物に適用することができる。
【００６４】
以上、本発明の実施形態の例について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００６５】
１２ 柱
１３ 柱梁接合構造
１４Ａ フランジプレート（第２フランジプレート）
１４ 梁部材（鉄骨梁部材）
１８Ａ フランジプレート（第１フランジプレート）
１８ ブラケット（鉄骨ブラケット）
２０ 接合プレート
２０Ａ 断面減少部
２１ 接合プレート
２１Ａ 断面減少部
２２ 高力ボルト（接合手段）
２４ ナット（接合手段）
３２ 皿バネ（弾性体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱から突出する鉄骨ブラケットと、
前記鉄骨ブラケットに接合される鉄骨梁部材と、
前記鉄骨ブラケットの第１フランジプレートと、前記鉄骨梁部材の第２フランジプレートとに重ねられる鋼製の接合プレートと、
前記接合プレートに設けられ、該接合プレートの他の部位よりも断面積が小さくされた断面減少部と、
前記第１フランジプレート及び前記第２フランジプレートに前記接合プレートを接合する接合手段と、
を備える柱梁接合構造。
【請求項２】
前記接合手段が、前記接合プレートと前記第１フランジプレート又は前記第２フランジプレートとに貫通される複数の高力ボルトと、該高力ボルトに取り付けられるナットと、を備え、
前記高力ボルト又は前記ナットと前記接合プレートとの間に弾性体が挟まれている請求項１に記載の柱梁接合構造。
【請求項３】
前記弾性体が、皿バネである請求項２に記載の柱梁接合構造。
【請求項４】
前記断面減少部が、前記第１フランジプレートと前記第２フランジプレートとの間に設けられている請求項１〜３の何れか１項に記載の柱梁接合構造。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の柱梁接合構造によって接合された前記柱と前記鉄骨梁部材とを有する建物。
【請求項１】
柱から突出する鉄骨ブラケットと、
前記鉄骨ブラケットに接合される鉄骨梁部材と、
前記鉄骨ブラケットの第１フランジプレートと、前記鉄骨梁部材の第２フランジプレートとに重ねられる鋼製の接合プレートと、
前記接合プレートに設けられ、該接合プレートの他の部位よりも断面積が小さくされた断面減少部と、
前記第１フランジプレート及び前記第２フランジプレートに前記接合プレートを接合する接合手段と、
を備える柱梁接合構造。
【請求項２】
前記接合手段が、前記接合プレートと前記第１フランジプレート又は前記第２フランジプレートとに貫通される複数の高力ボルトと、該高力ボルトに取り付けられるナットと、を備え、
前記高力ボルト又は前記ナットと前記接合プレートとの間に弾性体が挟まれている請求項１に記載の柱梁接合構造。
【請求項３】
前記弾性体が、皿バネである請求項２に記載の柱梁接合構造。
【請求項４】
前記断面減少部が、前記第１フランジプレートと前記第２フランジプレートとの間に設けられている請求項１〜３の何れか１項に記載の柱梁接合構造。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の柱梁接合構造によって接合された前記柱と前記鉄骨梁部材とを有する建物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−２８５７８０（Ｐ２０１０−２８５７８０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３９３１７（Ｐ２００９−１３９３１７）
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１０日（２００９．６．１０）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
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